连轧机的应用

lianzhajikongzhixitong连轧机控制系统controlsystemoftandemmills由连轧机组、检测仪表控制装置和电子计算机组成的对钢铝等材料的加工尺寸进行控制的塑性加工过程控制系统。早期的连轧机因轧制速度低，对产品质量要求也不高，用人工控制尚能生产。人们对产品质量和产量的要求日益提高，如轧制每卷重45吨的冷连轧薄带钢卷，要求厚度公差为±(5～50)微米,冷连轧机最高轧速达40米／秒以上，热连轧年产量达500万吨以上，冷连轧年产达100万吨以上。这样的任务再用人工控制已不可能完成。20世纪60年代后期，连轧机开始采用计算机控制，70年代以来发展较快。例如中国武汉钢铁公司70年代末投产的1700毫米带钢热连轧机,500米长的轧制生产线全部采用计算机控制。控制功能主要包括轧件跟踪、计算机操作指导和对轧制过程各种参数设定、连续检测、控制和最优管理。下图为五机架冷连轧机利用17台计算机组成集散控制系统，在主控制台的控制下，分为过程监控、操作监控和设备监控三级，包括各种自动检测仪表、电子装置、液压装置等组成的局部控制系统。按功能来分，整套轧机控制系统分为速度调节系统、压下位置控制系统、轧制力调节系统、张力调节系统、厚度调节系统，以及自动制动系统、弯辊数字控制系统、板型控制系统、侧导板自动控制系统、自动换辊系统、进出料自动控制系统等。从上卷、穿带、轧制参数设定直到轧制厚度控制和数据记录打印等已全部实现自动化。五机架冷连轧机自动控制系统速度调节系统用于控制连轧机的速度。所有机架都按轧制规范所规定的速度同步运行，协调升速或降速，以避免堆料和断带。为了保证前后各架轧出的钢带流量相同，要求转速调节系统的调节精度很高。它通常由模拟和数字双重调节系统组成，模拟系统保证调节响应的快速性，而数字系统则保证调节的精确性，一般调节精度可达千分之一左右。设定值按规定曲线变化，以防止速度突变引起轧机的损坏和断带。为了保证轧机有宽广的调速范围和快速的响应性能，总功率达数万千瓦的整套连轧机的主传动电机都采用可控硅装置供电，调速系统的响应频宽为3～5赫。压下位置控制系统用以快速准确地调节轧机辊缝的开口度。现代大型轧机的轧辊机构重达几十吨，为了适应高速轧制的快速响应需要，一般采用液压伺服调节系统。它由微型计算机或电子调节线路、电液伺服阀、能产生上千吨压力的大型液压缸、精密位移传感器等组成，其位置调节分辨率机达1～2微米，响应频宽一般为8～12赫。轧制力调节系统主要用以补偿轧辊偏心所造成的轧制力波动。由测压头或油压测量传感器测出轧制力值，再将其变换为电信号，输入微型机或电子调节线路去调节液压压下位置，使压下系统能跟随轧辊的偏心运动而实现轧制力的补偿调节，减少由于轧制力波动所造成的周期性厚度偏差。轧制力调节系统的设定值一般由张力或厚度调节系统给定。张力调节系统用于调节各轧机间带钢的张力并使其保持稳定。冷轧机处于大张力轧制状态时，各架轧机间的带钢张力可达10吨以上。过大的张力波动会造成断带或叠轧等事故。一般用张力辊直接检测机架间的带钢张力，由电子计算机通过调节后一机架的液压压下位置来达到调节张力的目的。如果机架间张力低于工艺控制数学模型所选定的最佳张力给定值，则可以增大后一架轧机的辊缝开口度，使轧出带钢的体积流量增大，由此产生的带钢弹性张力积分效应便使机架间带钢张力随之升高，达到给定值。如果轧机控制系统中具有轧制力调节系统，则张力调节系统的调节量就被输出作为轧制力sanjiguan半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或N区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。三极管的基本结构是两个反向连结的PN接面，如图1所示，可有pnp和npn两种组合。三个接出来的端点依序称为发射极（emitter,E）、基极（base,B）和集电极（collector,C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出npn与pnp三极管的电路符号，发射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类，这里我们先讨论最常用的所谓”正向活性区”(forwardactive)，在此区EB极间的pn接面维持在正向偏压，而BC极间的pn接面则在反向偏压，通常用作放大器的三极管都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。EB接面的空乏区由于在正向偏压会变窄，载体看到的位障变小，射极的电洞会注入到基极，基极的电子也会注入到射极；而BC接面的耗尽区则会变宽，载体看到的位障变大，故本身是不导通的。图2(b)画的是没外加偏压，和偏压在正向活性区两种情形下，电洞和电子的电位能的分布图。三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢？其间最大的不同部分就在于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例，射极的电洞注入基极的n型中性区，马上被多数载体电子包围遮蔽，然后朝集电极方向扩散，同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时,会被此区内的电场加速扫入集电极，电洞在集电极中为多数载体，很快藉由漂移电流到达连结外部的欧姆接点，形成集电极电流IC。IC的大小和BC间反向偏压的大小关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec，与由基极注入射极的电子流InBE（这部分是三极管作用不需要的部分）。InBE在射极与与电洞复合，即InBE=IErec。pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地在图3(a)中看出。射极注入基极的电洞流大小是由EB接面间的正向偏压大小来控制，和二极体的情形类似，在启动电压附近，微小的偏压变化，即可造成很大的注入电流变化。更精确的说，三极管是利用VEB（或VBE）的变化来控制IC，而且提供之IB远比IC小。npn三极管的操作原理和pnp三极管是一样的，只是偏压方向，电流方向均相反，电子和电洞的角色互易。pnp三极管是利用VEB控制由射极经基极,入射到集电极的电洞，而npn三极管则是利用VBE控制由射极经基极、入射到集电极的电子。三极管在数字电路中的用途其实就是开关，利用电信号使三极管在正向活性区（或饱和区）与截止区间切换，就开关而言，对应开与关的状态，就数字电路而言则代表0与1（或1与0）两个二进位数字。若三极管一直维持偏压在正向活性区，在射极与基极间微小的电信号（可以是电压或电流）变化，会造成射极与集电极间电流相对上很大的变化，故可用作信号放大器。工作原理晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib式中：β1--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β=△Ic/△Ib式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。三极管放大时管子内部的工作原理1、发射区向基区发射电子电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。2、基区中电子的扩散与复合电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。3、集电区收集电子由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。主要参数三相桥式全控整流电路:三相半波整流电路虽然较单相整流电路来说在装置容量、输出电压的脉动等许多方面有了很大的改善，但三相半波整流电路的输出在每个电源周期中仍只有3个脉波，且整流变压器中还存在着严重的直流磁化电流问题。因此在工业生产中最大量使用的是三相桥式整流电路本节将只讨论三相桥式全控整流器的理想工作状态。所谓理想工作状态是假设具有如下的理想条件：①理想变压器。即变压器的漏抗、绕组电阻和励磁电流都可忽略。②晶闸管元件是理想的。③电感性负载时，直流电感Ld足够大，输出电流的纹波可以不计。④电源为三相对称系统，其表达式如式电阻性负载三相桥式全控整流时的工作波形